SE538407C2 - Arrangemang i ett fordon som innefattar en retarder och ettWHR-system - Google Patents

Description

Arrangemang i ett fordon som innefattar en retarder och ett WHR-system UPPFINNINGENS BAKGRUND OCH KÄND TEKNIK Föreliggande uppfinning avser ett arrangemang i ett fordon enligt patentkravets 1 ingress.

Hydrodynamiska retardrar används många gånger som tillsatsbromsar i tunga fordon. Därmed kan belastningen och slitaget på fordonets hjulbromsar reduceras. En hydrodynamisk retarder innefattar i regel en stator och en rötor som definierar ett toroidformat utrymme för mottagning av ett arbetsmedium. Statom och rotorn innefattar ett flertal skövlar som är anordnade med likformiga mellanrum i det toroidformade utrymmet. Statom är fast anordnat vid en stationär yta hos fordonet medan rotorn är förbunden med fordonets drivlina via en rörelseöverförande mekanism. Vid aktivering av retardern tillförs ett arbetsmedium till det toroidformade utrymmet. Arbetsmediet leds genom det toroidformade utrymmet i kontakt med skovlama så att det motverkar rotoms rotation i förhållande till statorn vilket resulterar i att fordonet bromsas. Arbetsmediets rörelseenergi i det toroidformade utrymmet omvandlas under bromsprocessen till värmeenergi. Arbetsmediet leds relativt snabbt igenom det toroidformade så att det inte erhåller en alltför hög temperatur. I en viss typ av hydraulisk retarder används kylvätska både som arbetsmedium.

WHR-system (Waste Heat Recovery-system) utvecklas för att användas i fordon och omvandla värmeenergin till mekanisk energi. Ett WHR-system innefattar en pump som trycksätter och cirkulerar ett medium i en ledningskrets. Ledningskretsen innefattar en eller flera förångare där mediet värms upp och förångas med hjälp av en eller flera värmekällor. Det förångade mediet tillhandahåller därmed en förhöjd temperatur och ett förhöjt tryck. Det uppvärmda och trycksatta mediet leds därefter till en expander såsom en turbin där det expanderar så att mekanisk energi alstras. Den mekaniska energin kan utnyttjas direkt för drift av olika slag eller omvandlas och lagras som elektrisk energi. Efter att mediet expanderat i turbinen leds det till en kondensor där det kyls ned så att det kondenserar och på nytt övergår i vätskeform. Det vätskeformiga mediet trycksätts därefter åter av pumpen. Med hjälp av ett WHR-system kan värmeenergi, exempelvis, återvinnas ur avgaserna från en förbränningsmotor och användas för drift av ett fordon. Ett WHR-system är komplext och det innefattar ett stort antal komponenter. Att utrusta ett fordon med ett WHR-system är därför relativt kostsamt.

DE 102011017762 visar en del av en drivlina hos ett tungt fordon. Fordonet är utrustat med ett WHR-system som utvinner värmeenergi och överför det till mekanisk energi för drift av fordonet. WHR-systemet innefattar expansionsmaskin som drivs av mediet som cirkuleras i WHR-systemet. Expansionsmaskinen rotationsrörelser överförs till fordonets drivlina via en första rörelseöverförande mekanism. Fordonet är även utrustad med en hydrodynamisk retarder. Den hydrodynamiska retardern är förbunden med fordonets drivlina via en andra rörelseöverförande mekanism.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är tillhandahålla ett arrangemang i ett fordon som innefattar ett hydrodynamiskt retardersystem och ett WHR-system där antalet ingående komponenter kan reduceras och därmed den totala kostnaden för de två systemen.

Detta syfte uppnås med arrangemanget av det inledningsvis nämnda slaget, vilket kännetecknas av de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Ett hydrodynamiskt retardersystem innefattar en retarder som är i konstant ingrepp med fordonets drivlina via en rörelseöverförande mekanism. Då den hydrodynamiska retardern aktiveras tillförs ett arbetsmedium ett utrymme mellan en rotorenhet och en statorenhet hos retardern vilket motverkar rotorenhetens rotationsrörelse och därmed drivlinans rotationsrörelse. Då retardern aktiveras tillför den ett bromsmoment till drivlinan och fordonet. Ett WHR-system innefattar ett cirkulerande medium som värms upp och förångas varefter det expanderar i en turbin. Turbinen tillhandahåller därmed en rotationsrörelse som överförs till fordonets drivlina via en rörelseöverförande mekanism. WHR-systemet tillför därmed ett drivmoment till drivlinan. Det kan konstateras att retardersystemets retarder och WHR-systemets turbin är förbundna med drivlinan vid olika drifttillfällen. Det är därmed möjligt att utnyttja samma rörelseöverförande mekanism mellan retardersystemets retarder och WHR-systemets turbin. I och med det kan den ena rörelseöverförande mekanismen uteslutas hos ett fordon som innefattar båda systemen. Därmed kan antalet ingående komponenter reduceras och därmed den totala kostnaden för de två systemen.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar den rörelseöverförande mekanismen en roterbar axel som är roterbart förbunden med retardern och turbinen. Axeln roterar således med ett varvtal som är relaterat till retardens varvtal och turbinens varvtal. Retardern kan därmed överföra ett bromsmoment, via nämnda axel, till drivlinan då retardern är aktiverad och turbinen kan tillföra ett drivmoment, via nämnda axel, till drivlinan då WHR-systemet är aktiverat.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning har den gemensamma axeln en parallell sträckning med en axel hos fordonets drivlina som är i kontakt med den rörelseöverförande mekanismen. Med en sådan utformning kan den rörelseöverförande mekanismen göras tämligen okomplicerad och med ett fåtal ingående komponenter. Den rörelseöverförande mekanismen kan innefatta ett första kugghjul som är fäst på den gemensamma axeln, vilket, via ett andra mellanliggande kugghjul, är förbundet med ett tredje kugghjul som är fäst på nämnda axel hos drivlinan. En sådan rörelseöverförande mekanism är relativt okomplicerad och utgör en tillförlitlig mekanisk transmission som överför rotationsrörelser mellan retarder/turbinen och drivlinan. Den rörelseöverförande mekanismen kan självfallet innefatta andra rörelseöverförande komponenter än kugghjul.

Den rörelseöverförande mekanismen kan vara förbunden med fordonets drivlina via en utgående axel hos en växellåda. Därmed kan både retardern och turbinen arrangeras i närheten av fordonets växellåda.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar fordonet ett kylsystem med en ledningskrets som innefattar ett cirkulerande medium, varvid retardersystemets ledningskrets är förbunden med kylsystemets ledningskrets och att de utnyttjar ett gemensamt medium. De flesta konventionella hydrodynamiska retardersystem utnyttjar olja som arbetsmedium. Efter att oljan har använts som medium i retardern leds den till en värmeväxlare där den kyls av kylvätska som cirkulerar i ett kylsystem. I denna utföringsform används ett retardersystem där kylvätska utnyttjas både som medium för att tillföra ett bromsmoment då den leds till retardern och för att kyla retardern. Ett sådant retardersystem behöver inte utrustas med en separat värmeväxlare som överför värme mellan mediet i retardern och kylvätskan i ett kylsystem. Ett sådant hydrodynamiskt retarder system har därmed utformas med färre komponenter än ett konventionellt hydrodynamiskt retardersystem. Det är dock möjligt att arrangemanget innefattar ett konventionellt retardersystem som har en gemensam rörelseöverförande mekanism med ett WHR-system.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar kylsystemets ledningskrets och WHR-systemets ledningskrets åtminstone ett gemensamt ledningsparti och ett gemensamt medium. I detta fall utnyttjas således samma medium i kylsystemet som i WHR-systemet. Mediet måste i detta fall ha egenskapen att det förångas vid de tryck och temperaturer som uppkommer i förångaren och att det kondenserar vid de temperaturer och tryck som uppkommer i kondensorn.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar retardersystemets ledningskrets och WHR-systemets ledningskrets åtminstone ett gemensamt ledningsparti och ett gemensamt medium. I och med det kan retardersystemet och WHR-systemet erhålla gemensamma ledningar vilket ytterligare reducerar antalet komponenter. Det gemensamma mediet i WHR-systemet och i retardern kan vara en alkohol som har lämpliga egenskaper. Det är möjligt att samma medium i all tre systemen nämligen i kylsystemet, i retardersystemet och i WHR-systemet.

Enligt uppfinningen utgörs retardersystemets retarder och WHR-systemets turbin av en och samma komponent. Då retardersystemets retarder och WHR-systemet turbin har en liknande uppbyggnad och då de aldrig behöver användas samtidigt är det möjligt att utnyttja en och samma komponent både som retarder och turbin. Därmed kan arrangemanget reduceras med ytterligare en komponent.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning är mediet i WHR-systemet anpassat att värmas upp i förångaren av avgaser som leds ut från en förbränningsmotor i fordonet. Avgaser från en förbränningsmotor innehåller en hel del värmeenergi som normalt släpps ut till omgivningen. Med hjälp av ett WHR-system kan denna värmeenergi tas till vara och utnyttjas för drift av fordonet. Även då avgaserna används för att driva ett turboaggregat har de i regel en tillräckligt hög temperatur nedströms turboaggregatet för att tillhandahålla en uppvärmning av ett medium i ett WHR-system så att det förångas.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning har WHR-systemet en luftkyld kondensor. Kondensorn kan anordnas vid ett frontparti hos ett fordon i anslutning till en kylare där kylvätskan kyls som kyler fordonets förbränningsmotor. Lämpligen arrangeras kondensorn i en position så att den kyls av luft med omgivningens temperatur. Alternativt kan mediet i kondensorn kylas av kylvätska från kylsystemet som kyler förbränningsmotorn eller ett lågtemperaturkylsystem.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN I det följande beskrivs, såsom ett exempel, en föredragen utföringsform av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritning, på vilken Fig. 1 visar ett arrangemang enligt en första utföringsform av uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visar en överladdad förbränningsmotor 1 som kan vara en ottomotor eller en dieselmotor. Förbränningsmotorn 1 kan, exempelvis, utgöra drivmotor för ett fordon 2 som kan vara ett tungt fordon. Fordonet innefattar en växellåda 3 som är anordnad i anslutning till förbränningsmotorn 1. Växellådan 3 har en utgående axel 4a som utgör en del av fordonets drivlina 4. Avgaserna från förbränningsmotorns 1 leds ut via en avgasledning 5. Avgasledningen 5 innefattar en turbin 6 hos ett turboaggregat. Turbinen 6 tillhandahåller därvid en drivkraft, som överförs, via en förbindning, till en kompressor 7 hos turboaggregatet. Kompressorn 7 komprimerar luft som leds, via en inloppsledning 8, till en laddluftkylare 9 för kylning innan den komprimerade luften leds till förbränningsmotorn 1.

Förbränningsmotorn 1 innefattar ett kylsystem med en cirkulerande medium. Mediet cirkuleras i kylsystemet med hjälp av en pump 10 som är anordnad i en inloppsledning II till förbränningsmotorn 1. Efter att mediet kylt förbränningsmotorn leds den, via en utloppsledning 12, till ett första ventilorgan 13. Under normal drift av fordonet då det inte bromsas ställs ventilorganet 13 i ett första läge i vilket det leder mediet från det första ventilorganet 13, via en ledning 14, till en returledning 15. Returledningen 15 leder mediet till en termostat 16. Då mediet har en lägre temperatur än termostatens 16 regleringstemperatur ställs den i ett stängt läget i vilket den leder mediet till en bypassledning 17 och åter till pumpen 10 och förbränningsmotorn 1 utan kylning. Då mediet har en högre temperatur än regleringstemperaturen ställs termostatanordningen 16 i ett öppet läge i vilket kylvätskan leds, via en ledning 18, till en kylare 19 för att kylas. Mediet kyls i kylaren 19 av luft som forceras genom kylaren 19 med hjälp av en inte visad kylarfläkt och fordonets fartvind. Det kylda mediet som lämnar kylaren 19 leds, via en returledning 20, åter till inloppsledningen 11 och kylvätskepumpen 10 för förnyad cirkulation i kylsystemet.

Fordonet 2 är utrustad med en hydrodynamiskt retarder system som innefattar en retarder 21, en rörelseöverförande mekanism 22 som förbinder retardern 21 med fordonets drivlina 4 och en ledningskrets för tillförsel av nämnda medium till retardern 21 då den aktiveras. Retardern 21 består av en rotorenhet 21a och en statorenhet 21b. Rotorenheten 21a och statorenheten 21b definierar ett toroidformat utrymme för mottagning av nämnda medium, Rotorenheten 21a och statorenheten 21b innefattar ett flertal skövlar som är anordnade i det toroidformade utrymmet. Statorenheten 21b är stationärt anordnad i fordonet medan rotorenheten 21a är roterbart anordnad på en axel 22a som innefattas i nämnda rörelseöverförande mekanism 22 som förbinder retardern 21 med fordonets drivlina 4. Den rörelseöverförande mekanismen 22 innefattar även ett första kugghjul 22b som är anordnad på nämnda axel 22a. Det första kugghjulet 22b är, via ett andra kugghjul 22c, förbundet med ett tredje kugghjul 22d som är anordnat växellådans utgående axel 4a som således utgör en komponent hos fordonets drivlina 4. Axeln 22a har en parallell sträckning med växellådans utgående axel 4a. En styrenhet 23 är anpassad att aktivera retardern 21 med hjälp av information från ett bromsreglage 24.

Då styrenheten 23 mottar information från bromsreglaget 24 som indikerar att retardern ska aktiveras ställer styrenheten 23 det första ventilorganet 13 i ett andra läge så att mediet leds från ledningen 12 till en ledning 25. Ledningen 25 leder mediet till ett andra ventilorgan 26. Styrenheten 23 har samtidigt ställt det andra ventilorganet 26 i ett första läge i vilket det leder mediet till en ledning 27 och retardern 21. Eftersom rotorenheten 21a är förbunden med fordonets drivlina 4 via nämnde rörelseöverförande mekanism 22 roterar den kontinuerligt med ett varvtal som är relaterat till drivlinans varvtal. Tillförseln av mediet till det toroidformade utrymmet resulterar i att det kommer i kontakt med rotorenhetens 21a och statorenhetens 21b skövlar som är så utformade att de tillsammans med det tillförda mediet tillhandahåller ett bromsmoment som motverkar rotorenhetens 21a rotationsrörelse. Eftersom rotorenheten 21a är förbunden med fordonets drivlina 4 via den rörelseöverförande mekanismen 22 resulterar tillförseln av mediet till det toroidformade utrymmet i att fordonet 2 bromsas. Mediets rörelseenergi i det toroidformade utrymmet omvandlas under bromsprocessen till värmeenergi. Mediet leds relativt snabbt igenom det toroidformade så att det inte erhåller en alltför hög temperatur. Mediet leds från det toroidformade utrymmet, via en ledning 28, till ett tredje ventilorgan 29. Då retardern 21 är aktiverad ställer styrenheten 23 det tredje ventilorganet 29 i ett första läge så att mediet leds till returledningen 15 och termostaten 16. Mediet har väsentligen alltid en högre temperatur än termostatens 16 regleringstemperatur då retardern är aktiverad. Därmed leds mediet i regel från termostaten 16 till kylaren 19 för kylning innan den åter leds till pumpen 10 och förbränningsmotorn 1.

Fordonet 2 är även utrustat med ett WHR-system för återvinning av värmeenergi. WHR-systemet innefattar en ledningskrets som innehåller samma medium som används i kylsystemet och i retardersystemet. Mediet cirkuleras och trycksätts i ledningskretsen med hjälp av en pump 30. Mediet leds från pumpen 30, via en ledning 31, till en förångare 32. Mediet värms i förångaren 32 av avgaser i avgasledningen 5 så att det förångas. Det förångade mediet leds, via det andra ventilorganet 26, som styrenheten 23 ställer i ett andra läge då WHR-systemet är aktiverat, till ledningen 27 och en turbin 21 som i detta fall utgörs av samma komponent som retardern 21. Turbinen 21 innefattar således i detta fall en rotorenhet 21a och statorenhet 21b. Rotorenheten 21a är förbunden med fordonets drivlina 4 via en och samma rörelseöverförande mekanism 22 som förbinder retardern 21 med fordonets drivlina 4. Då det gasformiga trycksatta mediet leds till det toroidformade utrymmet som definieras av rotorenheten 21a och statorenheten 21b tillhandahålls en drivkraft som resulterar i att rotorenheten 21a erhåller ett ökat varvtal. Rotorenhetens 21a ökade varvtal överförs, via den rörelseöverförande mekanismen 22, till fordonets drivlina 4 som därmed erhåller en extra drivkraft.

Efter att det gasformiga mediet expanderat genom turbinen 21 leds det, via ledningen 28, till det tredje ventilorganet 29. Då WHR-systemet är aktiverat ställer styrenheten 23 det tredje ventilorganet 29 i ett andra läge i vilket det gasformiga mediet leds, via en ledning 33 till en kondensor 34 som är anordnad vid ett främre parti av fordonet 2. Kondensorn 34 är i detta fall anordnad framför laddluftkylaren 9 och kylaren 19 vid fordonets frontparti. Det gasformiga mediet kyls därmed i kondensorn 34 av luft med omgivningens temperatur. Det gasformiga mediet kyls ned till en temperatur vid vilken det kondenserar. Mediet är således åter i vätskeform då det leds från kondensorn 34, via en ledning 35, till pumpen 30 för förnyad cirkulation i WHR-systemet. WHR-systemet kan självfallet även innefatta ytterligare komponenter såsom, exempelvis, en recuperator och en uppvärmningsanordning som är placerad uppströms förångaren 32 vilken säkerställs att allt medium i WHR-systemet förångas innan det når turbinen 21.

Retardersystemet och WHR-systemet utnyttjar i detta fall en gemensamma hydrodynamisk komponent 21 som då retardersystemet är aktiverat fungerar som retarder och då WHR-systemet är aktiverat fungerar som turbin. Retardersystemet och WHR-systemet utnyttjar även en gemensam rörelseöverförande mekanism 22 som förbinder en rotorenhet 21a hos retardern/turbinen med fordonets drivlina 4. Denna rörelseöverförande mekanism 22 överför ett bromsmoment till drivlinan 4 då retardersystemet är aktiverat och ett drivmoment till drivlinan då WHR-systemet är aktiverat. Eftersom retardersystemet och WHR-systemet aldrig är aktiverade samtidigt är det möjligt att de innefattar ovan nämnda gemensamma komponenter. I detta fall utnyttjar kylsystemet, retardersystemet och WHR-systemet även ett gemensamt cirkulerande medium. Därmed kan dessa system innefatta ett antal gemensamma ledningar. Mediet bör ha egenskapen att det är i vätskeform då det cirkulerar i kylsystemet och i retardersystemet. Det bör även egenskapen att det förångas vid den temperatur och det tryck som skapas i förångaren 32 då det cirkulerar i WHR-systemet. Mediet kan vara ett godtyckligt slag men att det har ovan nämnda egenskaper. Mediet kan vara en lämplig alkohol.

Uppfinningen är på intet sätt begränsad till den på ritningen beskrivna utföringsformen utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar.

Claims (10)

1. Arrangemang i ett fordon, varvid arrangemanget innefattar ett hydrodynamiskt retardersystem som innefattar retarder (21) i form av en rotorenhet (21a) och en statorenhet (21b), en ledningskrets som är anpassad att leda ett medium till och från retardern (21) då den är aktiverad och ett WHR-system som innefattar en ledningskrets, en pump (30) som trycksätter och cirkulerar ett medium i ledningskretsen, åtminstone en förångare (32) där mediet värms upp så att det förångas, en turbin (21) där det förångade mediet expanderar, och en kondensor (34) där mediet kyls så att det kondenserar, varvid retardersystemets retarder (21) och WHR-systemets turbin (21) är roterbart förbundna med en drivlina (4) hos fordonet (2) via en gemensam rörelseöverförande mekanism (22),kännetecknat av att retardersystemets retarder (21) och WHR-systemets turbin (21) utgörs av en och samma komponent.

2. Arrangemang enligt krav 1,kännetecknat av att den rörelseöverförande mekanismen (22) innefattar en roterbar axel (22a) som är roterbart förbunden med retardern (21) och turbinen (21).

3. Arrangemang enligt krav 2,kännetecknat av att den gemensamma axeln (22a) har en parallell sträckning med en axel (4a) hos fordonets drivlina (4) som är i kontakt med den rörelseöverförande mekanismen (22).

4. Arrangemang enligt krav 3,kännetecknat av att den rörelseöverförande mekanismen (22) innefattar ett första kugghjul (22b) som är anordnat den gemensamma axeln (22a), vilket, via ett mellanliggande andra kugghjul (22c), är förbundet med ett tredje kugghjul (22d) som är fäst på nämnda axel hos drivlinan (4a).

5. Arrangemang enligt något av föregående krav,kännetecknat av att den rörelseöverförande mekanismen är förbunden med fordonets drivlina (4) via en utgående axel (4a) hos en växellåda (3).

6. Arrangemang enligt något av föregående krav,kännetecknat av att fordonet innefattar ett kylsystem med en ledningskrets som innefattar ett cirkulerande medium, varvid retardersystemet ledningskrets är förbunden med kylsystemets ledningskrets och att nämnda ledningskretsar är anpassade att leda ett gemensamt medium.

7. Arrangemang enligt krav 6,kännetecknat av att kylsystemets ledningskrets och WHR-systemets ledningskrets innefattar åtminstone ett gemensamt ledningsparti och att nämnda ledningskretsar är anpassade att leda ett gemensamt medium.

8. Arrangemang enligt något av föregående krav,kännetecknat av att retardersystemet ledningskrets och WHR-systemets ledningskrets innefattar åtminstone ett gemensamt ledningsparti och ett gemensamt medium.

9. Arrangemang enligt något av föregående krav,kännetecknat av att mediet i WHR-systemet är anpassat att värmas upp i förångaren (32) av avgaser som leds ut från en förbränningsmotor (1) i fordonet.

10. Arrangemang enligt något av föregående krav,kännetecknat av att WHR-systemets kondensor (34) är luftkyld.